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Antriebsvorrichtung für zur Auslösung im Kreislauf aufeinanderfolgender
Schaltvorgänge in einer Betriebsanlage, insbesondere einer Wassergaserzeugungsanlage,
dienende Steuerventile oder -relais Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung
für zur Auslösung im Kreislauf aufeinanderfolgender Schaltvorgänge in einer Betriebsanlage,
insbesondere einer Anlage zur Erzeugung von Wassergas, dienernde Steuerventile oder
-relais.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung dient als einheitliches Aggregat
einer selbsttätigen Steuerung, verbraucht selbst nur wenig Energie und zeichnet
sich durch eine raumsparende und leichte Bauart aus.
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Die selbsttätige Antriebsvorrichtung nach der Erfindung kann ein einziges
derartiges Aggregat bilden, umfaßt aber im allgemeinen, insbesondere wenn sie zur
Steuerung der Ventile einer Wassergaserzeugungsanlage dient, eine Gruppe synchronisierter
Aggregate.
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Die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das durch seine Umstellung den Schaltvorgang in der Anlage auslösende Steuerventil
oder -relais durch einen zweiarmigen Hebel verstellbar ist, welcher durch einen
auf ihn wirkenden Druck mit jedem seiner Enden oder mit in deren Nähe liegenden
Stellen an den Umfang einer von zwei miteinander gekuppelten umlaufenden Nockenscheiben
angedrückt wird, so daß jedes Hebelende dem Nockenprofil, auf dem es ruht, folgen
muB, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Bewegung eines jeden Hebelendes
in
Richtung auf die Achse des betreffenden Nockens eine Verstellung
des Steuerventils oder -relais herbeiführt, eine Rückstellung des Hebels durch Rückzug
eines jeden Hebelendes von der Nockenachse fort dagegen keine Verstellung des Steuerventils
oder -relais bewirkt.
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Vorzugsweise wird die Anordnung derart getroffen, daß durch den Hebel
nur ein Steuerventil oder -relais verstellt wird, und zwar nur in der einen Richtung
durch die Bewegung des einen Hebelendes in Richtung der Achse des 'Nockens, auf
dem es aufliegt, und in der entgegengesetzten Richtung lediglich durch die Bewegung
des anderen Hebelendes in Richtung auf die Achse des Nockens, auf dem dieses andere
Hebelende aufliegt.
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Zweckmäßig wird die Kraft, die den zweiarmigen Hebel mit seinen Enden
oder in deren Nähe liegenden Stellen an den Nocken andrückt, durch eine Belastungsfeder
ausgeübt, und zwar an irgendeinem Punkt dieses Hebels, am besten aber in dessen
Mitte oder in deren Nähe, und ein Gestänge, z. B. zwei Winkelhebel, die an den zweiarmigen
Hebel beiderseits von dessen Drebpunkt aasgelenkt sind, kann dazu dienen, die Bewegungen
der Hebelenden in Richtung auf die Nockenachsen auf das Steuerventil oder -relais
zu übertragen.
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Die Fortbewegung eines jeden Hebelendes von der Achse des betreffenden
Nockens, d. h.,die Rückstellung des zweiarmigen Hebels, erfolgt am besten selbsttätig
nach Beendigung des gewünschten Schaltvorganges der Anlage, der durch die vorausgehende
Verstellung des Steuerventils oder -relais eingeleitet wurde, und zwar unabhängig
vom Antrieb der den zweiarmigen Hebel unterstützenden Nockenscheiben. Hierbei wird
die Rückstellung durch eine Vorrichtung bewirkt, die bei Beendigung des Schaltvorganges
durch einen selbsttätig eingeschalteten Kraftantrieb in Gang gesetzt wird. Die Rückstellvorrichtung
kann den zweiarmigen Hebel mit Hilfe desselben Gestänges verstellen, das dem Zweck
dient, die Steuerbewegungen .des zweiarmigen Hebels auf das Steuerventil oder -relais
zu übertragen, z. B. durch Verstellung des betreffenden, vorstehend erwähnten Winkelhebels.
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Um die Vorteile der durch die Erfindung ermöglichten leichten und
Platz sparenden Bauart voll auszunutzen, wählt man für das Steuerventil oder -relais
zweckmäßig eine Bauart, die nur wenig Kraft verbraucht. Es kann sich dabei um ein
elektrisches Relais handeln, doch ist ein Druckmittelventil vorzuziehen.
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Die gesteuerte Betriebsanlage wird vorzugsweise selbsttätig durch
eine entsprechende Schaltung in einen gegen Betriebsstörungen gesicherten Zustand
übergeführt, wenn entweder die Verstellung des einen oder des anderen Endes des
zweiarmigen Hebels in Richtung auf die Achse der zugeordneten Nockenscheibe entsprechend
der Wirkung des Nockenprofils unterbleibt oder die Hebelenden nach Beendigung einer
solchen Verstellung in Richtung auf die Nockenachsen nicht ordnungsgemäß zurückgestellt
werden, was eintreten kann, wenn entweder der Arbeitsgang der Betriebsanlage nicht
beendet wird oder wenn dieRückstellung der Steuervorrichtung unterbleibt.
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Die Umstellung der Betriebsanlage in einen vor Störungen gesicherten
Zustand kann dadurch herbeigeführt werden, daß ein Schnapphebel durch eine Sperrstange
ausgelöstwird, welche bei fortgesetzter Drehung derjenigen Nockenscheibe in Bewegung
gerät, zu deren Achse sich eines der Enden des zweiarmigen Hebels hinbewegt hat.
Die Sperrstange kann in dem zweiarmigen Hebel gleitend angeordnet sein, der für
diesen Zweck entsprechend ausgestaltet ist. Auch kann die Sperrstange mit Anlaufflächen,
z. B. in der Gestalt von Klinken, versehen werden, an welche seitliche, für diesen
Zweck vorgesehene Ansätze der Nockenscheiben anstoßen. Eine derartige Anordnung
wird im nachstehenden dargestellt und beschrieben werden.
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Der zweiarmige Hebel kann in seiner Mitte oder in deren Nähe an einem
Kolben drehbar gelagert sein, welcher in einem ortsfesten Zylinder gleitet, wobei
die Enden des zweiarmigen Hebels an die Nockenscheiben durch einen auf den Kolben
ausgeübten Druck entgegen der Wirkung eines Mediums angedrückt werden, das sich
im Zylinder befindet und daher die Bewegung der Hebelenden in Richtung auf die Nockenachsen
dämpft. Das Medium in dem Zylinder ist am besten Luft, und der Druck auf den Kolben
wird zweckmäßig durch eine Feder geliefert.
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Das selbsttätige Antriebswerk nach der Erfindung kann entweder aus
einem einzigen nur einen doppelarmigen Hebel enthaltenden und mit einem Steuerventil
oder -relais ausgerüsteten Aggregat bestehen, zu welchem zwei miteinander
verbundene '\Tockenscheiben gehören, oder das Antriebswerk kann eine zu gemeinsamer
Wirkung vereinigte Gruppe derartiger Aggregate enthalten, wobei z. B. die Nockenscheiben
auf zwei allen doppelarmigen Hebeln gemeinsam zugeordneten Nockenwellen angeordnet
sind. Eine Sperreinrichtung kann dabei dem Zweck dienen, zu verhindern, daß die
selbsttätige oder von Hand herbeigeführte Schaltung in einer anderen als in der
richtigen Reihenfolge ausgelöst wird.
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Am besten ist eine Einrichtung zum Feststellen des zweiarmigen Hebels,
so daß dieser der Einwirkung der Kurvenscheiben entzogen werden und das Steuerventil
oder -relais nicht mehr verstellen kann.
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Eine derartige Einrichtung kann entweder nur auf einen einzigen zweiarmigen
Hebel oder auf eine Reihe zusammengehöriger zweiarmiger Hebel gleichzeitig wirken.
Es können auch andere oder zusätzliche Feststellvorrichtungen vorgesehen werden.
Zweckmäßig wird bei einer zusammengehörigen Gruppe zweiarmiger Hebel eine Feststelleinrichtung
angeordnet, welche gleichzeitig auf die betreffenden Hebel wirkt, während andere
Feststellvorrichtungen auf die einzelnen doppelarmigen Hebel einzeln einwirken,
um sie festzustellen.
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Bei derjenigen Ausführungsform des Steuergeräts, bei welcher an den
doppelarmigen Hebel zwei Winkelhebel aasgelenkt sind, die seine Bewegungen
auf
das Steuerventil oder -relais übertragen, kann diese Feststellvorrichtung z. B.
aus einer Nockenwelle oder einem Nocken bestehen, der bei entsprechender Einstellung
die Winkelhebel auseinanderspreizt und dadurch jede Verstellung des doppelarmigen
Hebels in Richtung auf die Achsen der Nockenscheiben verhindert.
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Eine derartige Feststellvorrichtung für den zweiarmigen Hebel eignet
sich für die gleichzeitige Feststellung einer Hebelgruppe.
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Um die zeitliche Reihenfolge der Arbeitsvorgänge der Betriebsanlage
einzustellen, kann Vorsorge dafür getroffen werden, daß die Einstellung des den
zweiarmigen Hebel abstützenden Nockens geändert werden kann, und zwar gegenüber
jedem anderen Nocken, mit dem er gekuppelt ist oder zusammenwirkt.
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Das Wesen der Erfindung und die Einrichtung zu deren Durchführung
seien nachstehend im einzelnen an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das
in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigt Fig. i einen schematischen Aufriß,
teilweise im Schnitt, zur Darstellung eines Aggregates eines selbsttätigen Antriebswerks
für die Steuerung einer Reihe von Arbeitsvorgängen einer Betriebsanlage in bestimmter
Reihenfolge, Fig. 2 einen Grundriß, teilweise im Schnitt, nach der Linie 2-2 der
Fig. i, Fig. 3 eine Einzelheit im Grundriß und Fig. 4 einen teilweise im Schnitt
gehaltenen Aufriß einer Ausführungsform zur Umschaltung der Betriebsanlage in störungsfreien
Zustand, für den Fall, daß Entweder einer der doppelarmigen Hebel sich nicht in
Richtung auf die Achse der Nockenscheibe entsprechend deren Profil bewegt oder das
Rückstellwerk versagt.
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Der selbsttätige Antrieb oder die Steuerung eine bestimmten Teils
einer Anlage, z. B. eines Ventils, wird durch ein Steuerventil 32 bewirkt,
und nach Beendigung des erfolgten Betriebsvorganges in der Anlage wird eine Rückstellvorrichtung
selbsttätig in Bewegung versetzt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem
Steuerventil bzw. der Rückstellvorrichtung um ein Druckmittelventil bzw. einen hydraulisch
oder pneumatisch betätigten Kolben. Gesteuert wird die absatzweise Verstellung des
Steuerventils 32 durch einen zweiarmigen Hebel 17, der an einem Kolben 2o mittels
eines Zapfens i i drehbar gelagert ist. Der Kolben ist in einem Zylinder 21 verschiebbar
und steht unter dem Einfluß einer Schraubenfeder 22, die ihn abwärts zu drücken
versucht, wobei das im Zylinder 21 befindliche Medium die Verschiebung des Kolbens
dämpft. Der Hebel 17 trägt an jedem Ende eine Nockenrolle 23 bzw. 24, die sich in
den gegebenen Zeitpunkten an den Umfang einer zugeordneten Nockenscheibe 25 bzw.
26 anlegt, die auf einer Nockenwelle 18 bzw. i9 sitzt. Diese beiden Wellen sind
jeder gewünschten Gruppe derartiger Nockenscheiben gemeinsam zugeordnet; wobei diese
Nockenscheiben auf zweiarmige Hebel der beschriebenen Art einwirken. Die Nockenscheiben
werden durch ein Antriebszahnrad 45 angetrieben, das mit einem mittleren großen
Stirnrad 46 kämmt, welches seinerseits ständig mit zwei Zahnrädern 47 und 48 zum
Antrieb der Nockenwellen 18 und i9 im Eingriff steht. Man kann sämtliche Nocken
der Welle 18 gegenüber den Nocken auf der Welle i9 verstellen, und zwar durch Ausrücken
des Zahnrades 47, Drehen der einen oder der anderen Welle um das gewünschte Maß
und Wiedereinrücken des Zahnrades. Um darüber hinaus eine Nockenscheibe der einen
oder der anderen Welle sehr genau einzustellen, dienen eine Schnecke 49 und ein
Schneckenrad 50. Das eine dieser beiden Elemente sitzt an der Nockenwelle, z. B.
i9, und das andere an der Nockenscheibe, z. B.26.
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Nimmt der doppelarmige Hebel 17 die Betriebsstellung ein, so werden
die beiden Nockenrollen 23 und 24 an die Umfangsfläche der betreffenden beiden miteinander
verbundenen Nockenscheiben 25 und 26 angedrückt. Es geschieht dies durch die auf
den zweiarmigen Hebel wirkende Feder 22. Die Verstellung eines jeden Endes des Hebels
17 in Richtung auf die Achse des den Hebel unterstützenden Nockens wird auf das
Hilfsventil oder Relais 32 übertragen, und zwar durch einen der zwei Winkelhebel
28 und 29. Der Winkelhebel 28 ist an den doppelarmigen Hebel 17 durch einen Lenker
3o angeschlossen, während der Winkelhebel 29 durch einen Lenker 3 i mit ihm in Verbindung
steht. Dabei greift jeder Lenker am doppelarmigen Hebel mittels eines Zapfens 33
bzw. 133 an, und die Winkelhebel 28 und 29 liegen beiderseits des Drehpunktes
i i.
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Die Verstellung des Steuerventils 32 wird durch eine Stange 38 herbeigeführt,
die mit einem Schieber 15 verbunden ist. Dieser gleitet auf Führungsstangen 37 und
trägt eine Rolle 36, die an den unteren inneren Flächen der Winkelhebel 28 und 29
anliegt. Fällt das linke Ende des Hebels 17 in den Ausschnitt der Nockenscheibe
25, so wird der Winkelhebel 28 mit seinem unteren Ende nach rechts gedrückt
und stößt den Schieber 15 nach rechts, wodurch das Hilfsventil oder Relais verstellt
wird.
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Die Rückstellung des doppelarmigen Hebels erfolgt selbsttätig bei
Beendigung des betreffenden Schaltvorganges in der Betriebsanlage durch die dann
in Gang gesetzte Rückstellvorrichtung 4o. Dabei wird die Stange 39, die an einem
Schieber 16 befestigt ist, welcher ebenfalls auf denFührungsstangen 37 gleitet,
nach links gedrückt. Der Schieber 16 trägt eine Rolle 56, die, wenn sie nach links
wandert, mittels des Winkelhebels 28 und des Lenkers 3o das Ende des zweiarmigen
Hebels 17
anhebt.
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Die Nockenscheibe 25 hat einen seitlichen Ansatz 27 (Fig. 3), der
gewöhnlich nicht am Ende des Hebels 17 liegt, wenn dieser in die Aussparung des
Nockens eingefallen ist. Um das Einfallen der Rolle 23 in die Aussparung zu dämpfen
und zu verhindern, daß der Winkelhebel 28 oder 29 auf die Rolle 36 hart aufschlägt,
ist die Nockenscheibe unmittelbar
vor dem Ausschnitt abgeflacht,
wie bei 34 und 35 gezeigt.
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In den zweiarmigen Hebel 17 ist eine Sperrstange 41 längs verschiebbar
angeordnet. Sie kann sich mit ihrer einen Stirnfläche an den Ansatz. 27 der Nockenscheibe
25 und reit der anderen Stirnfläche an den entsprechenden Ansatz der Nockenscheibe
26 anlegen und besitzt zwei Vorsprünge 141, zwischen die das abgerundete Ende eines
kurzen Schalthebels 42 greift, der auf einer Welle 43 sitzt. Eine kurze Schwenkung
des Hebels 4.2 löst ein Schaltwerk aus, durch das die Vorgänge in der Betriebsanlage
unterbrochen werden und die Anlage derart umgeschaltet wird, daß sie sich in einem
störungsfreien Zustand befindet. Die NTockenscheiben 25 und 26 laufen sehr langsam
um, und der Ansatz 27 der Nockenscheibe wirkt dabei wie folgt: Arbeitet die Rückstellvorrichtung
.Io ganz ordnungsgemäß, so wird der Winkelhebel 28 nach links bewegt, hebt das linke
Ende des Hebels 17 an und rückt die Sperrstange 41 aus der Bahn des Ansatzes 27
des Nockens 25 aus. Wenn aber der Arbeitsvorgang in der Betriebsanlage nicht richtig
zu Ende geführt ist oder wenn aus anderen Gründen die Rückstellvorrichtung 4o nicht
in Gang kommt, so wird der zweiarmige Hebel mit der Sperrstange 41 nicht aus der
Bahn des Ansatzes 27 herausgebracht. Infolgedessen wird die Sperrstange beim weiteren
Umlauf des Nockens 25 in ihrer Längsrichtung innerhalb des Hebels 17 verschoben
und schaltet den Auslöselrebel 42, wodurch die Anlage ausgeschaltet wird.
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Der Nocken 26 wirkt in entsprechender `'eise ebenso wie der Nocken
25. Er verstellt mittels des Winkelhebels 29 das Hilfsventil in der entgegengesetzten
Richtung.
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Im Bedarfsfall werden die Nockenrollen 23. a4. doppelt vorgesehen.
In diesem Fall können die Nockenscheiben 25, 26 je von einer entsprechend breiten
Nockenscheibe gebildet werden, welche Laufbahnen für zwei I,Tockenrollen beiderseits
des doppelarmigen Hebels bildet. Statt dessen können auch zwei gleich ausgeführte
Nockenscheiben entsprechend geringerer Dicke vorgesehen sein, die durch Abstandsstücke
vereinigt werden und daher gewissermaßen einen einzigen breiten Nocken bilden, der
zwei miteinander übereinstimmend laufende Nockenlaufbahnen hat.
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Die beiden Winkelhebel 28 und 29 und der zweiarmige Hebel
17 können durch einen Nocken 5i ausgerückt werden, der die aus der Zeichnung
ersichtliche Gestalt hat und auf einer Welle 52 sitzt. Diese kann man von Hand gegenüber
der Lage der Fig. i um 9o° drehen. Dann kann man das Hilfsventil 32 mittels eines
Handgriffes 53, eines Winkelhebels 54 und eines Lenkers 55 von Hand verstellen.
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Als Sicherung gegen eine Steuerung der Betriebsanlage in falscher
Reihenfolge bei Verwendung mehrerer Steuerventile ist es erwünscht, zwischen den
Hilfsventilen eine Verriegelung vorzusehen. Das gilt insbesondere, wenn die Steuerventile
durch die Handhebel zu verstellen sind. M uß man beispielsweise drei Steuerventile
in Kombination miteinander bedienen, so wird eine Rundeisenstange i2, die einen
Querschlitz hat, mit einem benachbarten Steuerventil derart verbunden, daß sie in
Drehung versetzt wird, wenn das betreffende Ventil durch den benachbarten zweiarmigen
Hebel oder durch den mittleren von drei Handhebeln 53, 54. bei Handbetrieb verstellt
wird. Diese sich drehende Stange ist so angeordnet, daß sie mit zwei Gleitschienen
13, von denen in Fig. i nur eine gezeigt ist, in Eingriff tritt, welche entsprechend
eingekerbt und jede mit ihrem Schieber 15 und einem der beiden anderen Steuerventile
oder Relais gekuppelt sind, die verriegelt werden sollen.
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Eine solche Verriegelungsvorrichtung ist auf keine bestimmte Anzahl
von `Steuerventilen beschränkt.
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Wie ersichtlich, kann die Anordnung so getroffen werden, daß durch
Drehung der Welle 52 eine Anzahl von Antriebsvorrichtungen für die Steuerventile
gleichzeitig ausgeschaltet werden, während bei Drehung des Nockenhebels 57 um den
Zapfen 58 im Uhrzeigersinn die Stange 59 und der zweiarmige Hebel durch seinen Lagerzapfen
i i gegen die Kraft der Feder 22 angehoben werden, so daß der zweiarmige Hebel nicht
mehr an den Nockenscheiben 25, 26 anliegt und daher nur dasjenige Steuerventil ausgeschaltet
wird, mit dessen Antriebsmitteln dieser zweiarmige Hebel verbunden ist.
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Wie Fig. 4. zeigt, bilden Klinken 6o und 61. die an der Sperrstange
41 drehbar gelagert sind. Arbeitsflächen, gegen welche der betreffende Ansatz 27
des Nockens 25 bzw. 26 anlaufen kann. Die Klinken sind mit geringer Reibung gelagert,
so daß sie sich nicht frei verdrehen können, sondern in ihrer jeweiligen Einstellage
verbleiben. Wird das eine Ende des Hebels 17 bei dessen Rückstellung aus dem Nockeneinschnitt
herausgehoben, so trifft der seitliche Ansatz 27 des sich im Gegenuhrzeigersinn
drehenden Nockens, z. B. 26, gegen das Schwanzende 67 der Klinke 61 und verschwenkt
diese in die in Fig.4 bei 61 gezeigte Lage, in welcher die Klinke dann eine Vorderkante
63 in die Bahn des seitlichen Nockenansatzes 27 bringt. Wenn alsdann das Ende des
zweiarmigen Hebels beim nächsten Anlangen an dem Nockenausschnitt in diesen nicht
eintreten sollte, so wird die Sperrstange 41 in Gang gesetzt und schaltet den Auslösehebel
42, wodurch die Umschaltung der gesteuerten Betriebsanlage in einen störungsfreien
Zustand erfolgt.
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Wenn andererseits die selbsttätige Rückschaltung des zweiarmigen Hebels
nach dessen dem :Nockenprofil entsprechender Verstellung unterbleibt, so wird ebenfalls
die Umschaltung der Betriebsanlage in den störungsfreien Zustand herbeigeführt,
wobei die Klinke beim Zusammenwirken des zweiarmigen Hebels mit dem Nockenausschnitt
in die in Fig. 4 bei 6o gezeigte Stellung dadurch verschwenkt wird, daß der seitliche
Ansatz 27 des Nockens auf den Ansatz 64 der Klinke 61 stößt. Die Vorderkante 62
kann dann von dem seitlichen Ansatz 27 ergriffen
werden, um die
Sperrstange 41 zu verstellen und den Auslösehebel 42 zu schalten.
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Infolge der Reibung zwischen der Klinke und ihrem Lagerzapfen bleibt
die Klinke 6o bei normaler Rückstellung des ihr zugeordneten Hebelendes in der Lage,
in der das Schwanzende abwärts ragt, bis sie durch den weiterlaufenden Nocken 25
mit ihrem Schwanzende aufwärts verstellt wird, also in die Lage, welche in der Zeichnung
die Klinke 61 einnimmt. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Klinke mit dem seitlichen
Nockenansatz unmittelbar nach dem normalen Zurückstellen des doppelarmigen Hebels
zusammenstößt.
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Wird ein doppelarmiger Hebel für Handbetrieb oder aus anderen Gründen
festgestellt, so muß natürlich Vorsorge dafür getroffen werden, daß die Klinken
unwirksam bleiben. Wie dies geschehen kann, zeigt z. B. Fig. 4. Wenn dort der Hebel
17 durch Drehung des Nockens 57 stillgesetzt wird, so wird die Feder 7o durch den
Ansatz 77 zusammengedrückt, und die in der Lage der Fig. 4 durch die Stange 72 und
den Hebel 73 gegen die Wirkung einer anderen Feder 74 gehaltene Schiene 71 verschiebt
sich nach rechts. Seitliche Ansätze 75 und 76 der Schiene 71 stoßen dabei an die
Schwanzenden 66 und 67 der Klinken 6o und 61 und heben dabei die Vorderkanten 62
und 63 aus dem Bewegungsbereich der Ansätze 27 heraus.
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Natürlich muß die Feder 74 so schwach sein, daß sie durch die seitlichen
Nockenansätze 27 zusammengedrückt werden kann und daß diese Ansätze an den Schwanzenden
vorbeigehen können, ohne die Sperrstange 41 zu verschieben und den Auslösehebel
42 zu schalten.
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Werden für Handsteuerung der Betriebsanlage eine Gruppe zusammengehöriger
doppelarmiger Hebel mittels der Teile 51, 52 stillgesetzt, so müssen gleichzeitig
oder darauf die Nockenwellen 18 und i9 angehalten werden, damit die Klinken 6o,
61 bei der Handbedienung nicht stören.